Avion à turboréacteur (histoire de l'invention). Moteur à réaction : versions modernes

Les moteurs à réaction sont des dispositifs qui créent la force de traction nécessaire au processus de mouvement en convertissant l'énergie interne du carburant en énergie cinétique des jets dans le fluide de travail. Le fluide de travail s'écoule rapidement du moteur et, selon la loi de conservation de la quantité de mouvement, une force réactive se forme qui pousse le moteur dans la direction opposée. Pour accélérer le fluide de travail, il peut être utilisé comme détente de gaz chauffés par le plus de diverses manières aux températures élevées, ainsi qu'à d'autres processus physiques, en particulier l'accélération de particules chargées dans un champ électrostatique.

Les moteurs à réaction combinent eux-mêmes des moteurs avec des dispositifs de propulsion. Cela signifie qu'ils créent des forces de traction uniquement par interaction avec des corps en activité, sans supports, ou par contacts avec d'autres corps. Autrement dit, ils assurent leur propre avancement, sans que les mécanismes intermédiaires n’y participent. De ce fait, ils sont principalement utilisés pour propulser des avions, des fusées et bien sûr des engins spatiaux.

Qu'est-ce que la poussée du moteur ?

La poussée du moteur est appelée force réactive, qui se manifeste par les forces dynamiques des gaz, la pression et la friction appliquées aux côtés internes et externes du moteur.

Les poussées diffèrent par :

• Interne (poussée du jet), lorsque la résistance externe n'est pas prise en compte ;
• Efficace, compte tenu de la résistance externe des centrales électriques.

L'énergie de démarrage est stockée à bord d'avions ou d'autres véhicules équipés de réacteurs (carburant chimique, combustible nucléaire), ou peut provenir de l'extérieur (par exemple, énergie solaire).

Comment se forme la poussée du jet ?

Pour générer la poussée du jet (poussée du moteur), qui est utilisée par les moteurs à réaction, vous aurez besoin de :

• Sources d'énergie initiale qui sont converties en énergie cinétique des jets ;
• Fluides de travail qui seront éjectés des moteurs à réaction sous forme de jets ;
• Le moteur à réaction lui-même agit comme un convertisseur d’énergie.

Comment obtenir un fluide de travail ?

Pour acquérir du fluide de travail dans les moteurs à réaction, les éléments suivants peuvent être utilisés :

• Substances extraites de l'environnement (par exemple, eau ou air) ;
• Substances trouvées dans les réservoirs des appareils ou dans les chambres des réacteurs ;
• Substances mixtes provenant de l'environnement et stockées à bord des appareils.

Les moteurs à réaction modernes utilisent principalement de l’énergie chimique. Les fluides de travail sont un mélange de gaz chauds, produits de la combustion de combustibles chimiques. Lorsqu'un moteur à réaction fonctionne, l'énergie chimique provenant des matériaux de combustion est convertie en l'énérgie thermique provenant des produits de combustion. Dans le même temps, l'énergie thermique des gaz chauds est convertie en énergie mécanique provenant des mouvements de translation des jets et des dispositifs sur lesquels les moteurs sont installés.

Dans les moteurs à réaction, les jets d'air qui pénètrent dans les moteurs rencontrent des turbines de compresseur tournant à grande vitesse, qui aspirent l'air de l'environnement (à l'aide de ventilateurs intégrés). Par conséquent, deux problèmes sont résolus :

• Prise d'air primaire ;
• Refroidissement de l'ensemble du moteur dans son ensemble.

Les aubes des turbines de compresseur compriment l'air environ 30 fois ou plus, le « poussant » (pompant) dans la chambre de combustion (générant un fluide de travail). En général, les chambres de combustion servent également de carburateurs, mélangeant le carburant avec l'air.

Il peut s'agir notamment de mélanges d'air et de kérosène, comme dans les turboréacteurs des avions à réaction modernes, ou de mélanges d'oxygène liquide et d'alcool, comme certains moteurs de fusée liquides, ou de tout autre combustible solide dans les fusées à poudre. Une fois formé, le mélange air-carburant s’enflamme, libérant de l’énergie sous forme de chaleur. Ainsi, le carburant des moteurs à réaction ne peut être constitué que de substances qui, par conséquent, réactions chimiques dans les moteurs (lorsqu'ils sont allumés), ils dégagent de la chaleur, tout en formant de nombreux gaz.

Lors de l'allumage, un échauffement important du mélange et des pièces environnantes se produit avec expansion volumétrique. En fait, les moteurs à réaction utilisent des explosions contrôlées pour se propulser. Les chambres de combustion des moteurs à réaction comptent parmi les éléments les plus chauds ( régime de température ils peuvent atteindre jusqu'à 2700 °C) et nécessitent un refroidissement intensif et constant.

Les moteurs à réaction sont équipés de tuyères à travers lesquelles les gaz chauds, produits de la combustion du carburant, s'en échappent à grande vitesse. Dans certains moteurs, les gaz se retrouvent dans les buses immédiatement après les chambres de combustion. Cela s'applique par exemple aux moteurs de fusée ou de statoréacteur.

Les turboréacteurs fonctionnent un peu différemment. Ainsi, les gaz, après les chambres de combustion, passent d'abord par des turbines, auxquelles ils cèdent leur énergie thermique. Ceci est réalisé afin de mettre en mouvement les compresseurs, qui serviront à comprimer l'air devant la chambre de combustion. Dans tous les cas, les tuyères sont les dernières parties des moteurs à travers lesquelles les gaz circuleront. En fait, ils forment directement le jet stream.

Les buses sont dirigées air froid, qui est pompé par des compresseurs pour refroidir pièces internes moteurs. Les buses à jet peuvent avoir différentes configurations et conceptions en fonction des types de moteurs. Ainsi, lorsque la vitesse d'écoulement doit être supérieure à la vitesse du son, les buses ont alors la forme de tuyaux en expansion ou d'abord en rétrécissement puis en expansion (les buses dites de Laval). Ce n'est qu'avec des tuyaux de cette configuration que les gaz sont accélérés jusqu'à des vitesses supersoniques, à l'aide desquelles les avions à réaction franchissent les « murs du son ».

Selon que des moteurs à réaction sont utilisés ou non pendant le fonctionnement environnement, ils sont divisés en classes principales de moteurs aérobies (WRE) et moteurs de fusée(RD). Tous les moteurs à réaction sont des moteurs thermiques dont les fluides de travail se forment lors de la réaction d'oxydation de substances inflammables avec l'oxygène présent dans les masses d'air. Les flux d'air provenant de l'atmosphère constituent la base des fluides de travail des moteurs à réaction. Ainsi, les appareils équipés de moteurs à propulsion embarquent des sources d’énergie (carburant), mais la plupart des fluides de travail proviennent de l’environnement.

Les appareils VRD comprennent :

• Turboréacteurs (TRD) ;
• Statoréacteurs (statoréacteurs);
• Moteurs à réaction à air pulsé (PvRE) ;
• Moteurs statoréacteurs hypersoniques (moteurs scramjet).

Contrairement aux moteurs respiratoires, tous les composants des fluides de travail des moteurs-fusées se trouvent à bord de véhicules équipés de moteurs-fusées. L'absence de propulseurs interagissant avec l'environnement, ainsi que la présence de tous les composants des fluides de travail à bord des véhicules, rendent les moteurs de fusée adaptés à une utilisation dans l'espace. Il existe également une combinaison de moteurs-fusées, qui sont une sorte de combinaison de deux types principaux.

Bref historique du moteur à réaction

On pense que le moteur à réaction a été inventé par Hans von Ohain et l’éminent ingénieur allemand Frank Wittle. Le premier brevet pour un moteur à turbine à gaz fonctionnel a été obtenu par Frank Whittle en 1930. Cependant, le premier modèle fonctionnel a été assemblé par Ohain lui-même. À la fin de l'été 1939, le premier avion à réaction apparaît dans le ciel - le He-178 (Heinkel-178), équipé du moteur HeS 3 développé par Ohain.

Comment fonctionne un moteur à réaction ?

La conception des moteurs à réaction est à la fois assez simple et extrêmement complexe. C'est simple en principe. Ainsi, l'air extérieur (dans les moteurs-fusées - oxygène liquide) est aspiré dans la turbine. Après quoi, il commence à se mélanger au carburant et à brûler. Au bord de la turbine se forme ce qu'on appelle un « fluide de travail » (le courant-jet mentionné précédemment) qui propulse l'avion ou l'engin spatial.

Malgré toute sa simplicité, c'est en fait science entière, car au milieu de tels moteurs, la température de fonctionnement peut atteindre plus de mille degrés Celsius. Un des les problèmes les plus importants dans la construction des turboréacteurs est la création de pièces non consommables à partir de métaux qui peuvent eux-mêmes être fondus.

Au début, devant chaque turbine se trouve toujours un ventilateur qui aspire les masses d'air de l'environnement vers les turbines. Les fans ont grande surface, ainsi qu'un nombre colossal de pales de configurations spéciales, dont le matériau était le titane. Juste derrière les ventilateurs se trouvent de puissants compresseurs, nécessaires pour pomper de l'air sous une pression énorme dans les chambres de combustion. Après les chambres de combustion, les mélanges air-carburant en combustion sont envoyés vers la turbine elle-même.

Les turbines sont constituées de nombreuses pales soumises à la pression des jets, qui font tourner les turbines. Ensuite, les turbines font tourner les arbres sur lesquels sont montés les ventilateurs et les compresseurs. En fait, le système devient fermé et ne nécessite que l'apport de carburant et de masses d'air.

Après les turbines, les flux sont dirigés vers les tuyères. Les tuyères des moteurs à réaction sont le dernier élément, mais non le moindre, des moteurs à réaction. Ils forment des jets directs. Des masses d'air froid sont dirigées vers les buses, pompées par des ventilateurs pour refroidir « l'intérieur » des moteurs. Ces flux limitent les manchettes des buses des jets très chauds et les empêchent de fondre.

Vecteur de poussée orientable

Les moteurs à réaction ont des tuyères dans une grande variété de configurations. Les plus avancées sont considérées comme des tuyères mobiles placées sur des moteurs dotés d'un vecteur de poussée déviable. Ils peuvent être compressés et dilatés, ainsi que déviés selon des angles importants - c'est ainsi que les jets sont régulés et dirigés directement. Grâce à cela, les avions équipés de moteurs dotés d'un vecteur de poussée déviable deviennent extrêmement maniables, car les processus de manœuvre se produisent non seulement en raison des actions des mécanismes des ailes, mais également directement par les moteurs eux-mêmes.

Types de moteurs à réaction

Il existe plusieurs principaux types de moteurs à réaction. Ainsi, un moteur à réaction classique peut être appelé moteur d'avion dans un avion F-15. La plupart de ces moteurs sont principalement utilisés sur des avions de combat présentant une grande variété de modifications.

Turbopropulseurs bipales

Dans ce type de turbopropulseur, la puissance des turbines est dirigée via des réducteurs pour faire tourner les hélices classiques. La présence de tels moteurs permet aux gros avions de voler à des vitesses maximales acceptables tout en consommant moins de carburant d'aviation. La vitesse de croisière normale des avions à turbopropulseurs peut être de 600 à 800 km/h.

Turboréacteurs à double flux

Ce type de moteur est plus économique dans la famille des moteurs types classiques. Maison caractéristique distinctive La différence entre eux est que des ventilateurs de grand diamètre sont placés à l'entrée, qui fournissent des flux d'air non seulement aux turbines, mais créent également des flux assez puissants à l'extérieur de celles-ci. En conséquence, une efficacité accrue peut être obtenue en améliorant l’efficacité. Ils sont utilisés sur les avions de ligne et les gros avions.

Moteurs statoréacteurs

Ce type de moteur fonctionne de telle manière qu’il ne nécessite pas de pièces mobiles. Les masses d'air sont poussées dans la chambre de combustion de manière détendue, grâce au freinage des flux contre les carénages des ouvertures d'admission. Par la suite, la même chose se produit que dans les moteurs à réaction ordinaires, à savoir que les flux d'air sont mélangés au carburant et sortent sous forme de jets par les buses. Les statoréacteurs sont utilisés dans les trains, les avions, les drones, les fusées et peuvent également être installés sur des vélos ou des scooters.

Dans un moteur à réaction, la poussée nécessaire à la propulsion est créée en convertissant l'énergie initiale en énergie cinétique du fluide de travail. À la suite de la sortie du fluide de travail de la tuyère du moteur, une force réactive est générée sous forme de recul (jet). Le recul déplace le moteur et l'appareil qui lui est structurellement connecté dans l'espace. Le mouvement s'effectue dans le sens opposé à l'écoulement du jet. Peut être converti en énergie cinétique du jet stream différentes sortesénergies : chimique, nucléaire, électrique, solaire. Moteur d'avion assure son propre mouvement sans la participation de mécanismes intermédiaires.

Pour créer une poussée de jet, vous avez besoin d'une source d'énergie initiale, qui est convertie en énergie cinétique du jet stream, d'un fluide de travail éjecté du moteur sous la forme d'un jet stream, et du moteur à réaction lui-même, qui convertit le premier type d’énergie dans la seconde.

La partie principale d'un moteur à réaction est la chambre de combustion, dans laquelle le fluide de travail est créé.

Tous les réacteurs sont divisés en deux classes principales, selon qu'ils fonctionnent ou non en utilisant l'environnement.

La première classe est celle des moteurs à réaction (WRD). Tous sont thermiques, dans lesquels le fluide de travail se forme lors de la réaction d'oxydation d'une substance inflammable avec l'oxygène de l'air ambiant. La majeure partie du fluide de travail est de l’air atmosphérique.

Dans un moteur-fusée, tous les composants du fluide de travail sont situés à bord de l'appareil qui en est équipé.

Il existe également des moteurs combinés combinant les deux types ci-dessus.

Pour la première fois, la propulsion à réaction a été utilisée dans le ballon du Héron - un prototype turbine à vapeur. Les moteurs à réaction à combustible solide sont apparus en Chine au Xe siècle. n. e. De tels missiles ont été utilisés à l’Est, puis en Europe pour des feux d’artifice, de signalisation, puis comme missiles de combat.

Une étape importante dans le développement de l'idée de la propulsion à réaction a été l'idée d'utiliser une fusée comme moteur pour un avion. Il a été formulé pour la première fois par le révolutionnaire russe N.I. Kibalchich, qui, en mars 1881, peu avant son exécution, proposa un projet d'avion (avion-fusée) utilisant une propulsion à réaction à partir de gaz explosifs en poudre.

N. E. Joukovski, dans ses ouvrages « Sur la réaction du liquide sortant et entrant » (années 1880) et « Sur la théorie des navires entraînés par la force de réaction de l'eau sortante » (1908), a d'abord développé les questions fondamentales de la théorie d'un jet moteur.

Des travaux intéressants sur l'étude du vol des fusées appartiennent également au célèbre scientifique russe I.V. Meshchersky, notamment dans ce domaine. théorie générale mouvement de corps de masse variable.

En 1903, K. E. Tsiolkovsky, dans son ouvrage « Exploration des espaces mondiaux à l'aide d'instruments à réaction », donne une justification théorique au vol d'une fusée, ainsi que diagramme schématique moteur-fusée, qui anticipait de nombreux fondamentaux et caractéristiques de conception moteurs de fusée modernes à propergol liquide (LPRE). Ainsi, Tsiolkovsky envisageait l'utilisation de carburant liquide pour un moteur à réaction et son alimentation au moteur à l'aide de pompes spéciales. Il a proposé de contrôler le vol de la fusée à l'aide de gouvernails à gaz - des plaques spéciales placées dans un flux de gaz s'échappant de la tuyère.

La particularité d'un moteur à réaction à propergol liquide est que, contrairement aux autres moteurs à réaction, il emporte avec lui la totalité de la réserve de comburant avec le carburant, et ne prélève pas dans l'atmosphère l'air contenant de l'oxygène nécessaire à la combustion du carburant. Il s'agit du seul moteur pouvant être utilisé pour des vols à très haute altitude en dehors de l'atmosphère terrestre.

La première fusée au monde équipée d'un moteur-fusée liquide a été créée et lancée le 16 mars 1926 par l'Américain R. Goddard. Il pesait environ 5 kilogrammes et sa longueur atteignait 3 m. Le carburant de la fusée Goddard était de l’essence et de l’oxygène liquide. Le vol de cette fusée a duré 2,5 secondes, durant lesquelles elle a parcouru 56 m.

Des travaux expérimentaux systématiques sur ces moteurs ont commencé dans les années 30 du 20e siècle.

Les premiers moteurs-fusées soviétiques à propergol liquide ont été développés et créés en 1930-1931. au Laboratoire de dynamique des gaz de Leningrad (GDL) sous la direction du futur académicien V. P. Glushko. Cette série s'appelait ORM - moteur-fusée expérimental. Glushko a utilisé de nouvelles innovations, par exemple le refroidissement du moteur avec l'un des composants combustibles.

Parallèlement, le développement de moteurs-fusées a été réalisé à Moscou par le Jet Propulsion Research Group (GIRD). Son inspirateur idéologique était F.A. Tsander et son organisateur était le jeune S.P. Korolev. L'objectif de Korolev était de construire un nouveau véhicule-fusée - un avion-fusée.

En 1933, F.A. Zander a construit et testé avec succès le moteur-fusée OR-1, fonctionnant à l'essence et à l'air comprimé, et en 1932-1933. – Moteur OR?2, fonctionnant à l’essence et à l’oxygène liquide. Ce moteur a été conçu pour être installé sur un planeur destiné à voler comme un avion-fusée.

En 1933, la première fusée soviétique à combustible liquide a été créée et testée au GIRD.

Développant les travaux commencés, les ingénieurs soviétiques ont ensuite continué à travailler à la création de moteurs à réaction liquides. Au total, de 1932 à 1941, l'URSS a développé 118 modèles de moteurs à réaction liquides.

En Allemagne, en 1931, des essais de missiles par I. Winkler, Riedel et d'autres ont eu lieu.

Le premier vol d’un avion/avion-fusée équipé d’un moteur à réaction liquide a eu lieu en Union soviétique en février 1940. centrale électrique L'avion était propulsé par un moteur-fusée. En 1941, sous la direction du concepteur soviétique V.F. Bolkhovitinov, le premier avion à réaction fut construit - un chasseur équipé d'un moteur-fusée à propergol liquide. Ses tests ont été réalisés en mai 1942 par le pilote G. Ya.

Au même moment, le premier vol d'un chasseur allemand équipé d'un tel moteur a lieu. En 1943, les États-Unis testèrent le premier avion à réaction, sur lequel un moteur à réaction à propergol liquide était installé. En Allemagne, plusieurs chasseurs équipés de ces moteurs conçus par Messerschmitt ont été construits en 1944 et utilisés au combat sur le front occidental la même année.

De plus, des moteurs de fusée à propergol liquide ont été utilisés sur les fusées allemandes V-2, créées sous la direction de V. von Braun.

Dans les années 1950, des moteurs de fusée à propergol liquide ont été installés sur des missiles balistiques, puis sur des satellites artificiels de la Terre, du Soleil, de la Lune et de Mars, ainsi que sur des stations interplanétaires automatiques.

Le moteur-fusée à propergol liquide se compose d'une chambre de combustion avec une tuyère, d'une turbopompe, d'un générateur de gaz ou d'un générateur de vapeur-gaz, d'un système d'automatisation, d'éléments de commande, d'un système d'allumage et d'unités auxiliaires (échangeurs de chaleur, mélangeurs, entraînements).

L'idée des moteurs à réaction a été avancée plus d'une fois dans différents pays. Les travaux les plus importants et les plus originaux à cet égard sont les études réalisées entre 1908 et 1913. Le scientifique français R. Lauren, qui a notamment proposé en 1911 un certain nombre de modèles de statoréacteurs. Ces moteurs utilisent l'air atmosphérique comme comburant et la compression de l'air dans la chambre de combustion est assurée par la pression dynamique de l'air.

En mai 1939, une fusée équipée d'un statoréacteur conçue par P. A. Merkulov fut testée pour la première fois en URSS. Il s'agissait d'une fusée à deux étages (le premier étage est une fusée à poudre) avec une masse au décollage de 7,07 kg, et le poids du carburant pour le deuxième étage du statoréacteur n'était que de 2 kg. Lors des tests, la fusée a atteint une altitude de 2 km.

En 1939-1940 Pour la première fois au monde, des tests estivaux de moteurs respiratoires installés comme moteurs supplémentaires sur un avion conçu par N.P. Polikarpov ont été réalisés en Union soviétique. En 1942, des statoréacteurs conçus par E. Zenger sont testés en Allemagne.

Un moteur à réaction se compose d'un diffuseur dans lequel l'air est comprimé en raison de l'énergie cinétique du flux d'air venant en sens inverse. Le carburant est injecté dans la chambre de combustion par une buse et le mélange s'enflamme. Le jet sort par la buse.

Le processus de fonctionnement des réacteurs est continu, ils n’ont donc pas de poussée de démarrage. À cet égard, à des vitesses de vol inférieures à la moitié de la vitesse du son, les moteurs à réaction ne sont pas utilisés. L'utilisation la plus efficace des moteurs à réaction se fait à des vitesses supersoniques et hautes altitudes. Un avion propulsé par un moteur à réaction décolle à l’aide de moteurs-fusées fonctionnant au carburant solide ou liquide.

Un autre groupe de moteurs à réaction – les moteurs à turbocompresseur – a connu un développement plus important. Ils sont divisés en turboréacteurs, dans lesquels la poussée est créée par un flux de gaz s'écoulant de la tuyère du jet, et en turbopropulseurs, dans lesquels la poussée principale est créée par l'hélice.

En 1909, la conception d'un turboréacteur a été développée par l'ingénieur N. Gerasimov. En 1914, le lieutenant de la marine russe M.N. Nikolskoy a conçu et construit un modèle de moteur d'avion à turbopropulseur. Le fluide de travail pour entraîner la turbine à trois étages était constitué des produits de combustion gazeux d'un mélange de térébenthine et d'acide nitrique. La turbine a fonctionné non seulement pour hélice pneumatique: les produits de combustion gazeux d'échappement dirigés vers la tuyère de queue (jet) ont créé une poussée du jet en plus de la poussée de l'hélice.

En 1924, V.I. Bazarov a développé la conception d'un moteur à réaction à turbocompresseur d'aviation, composé de trois éléments : une chambre de combustion, une turbine à gaz et un compresseur. Le flux d'air comprimé ici était pour la première fois divisé en deux branches : la plus petite partie allait dans la chambre de combustion (vers le brûleur), et la plus grande partie était mélangée aux gaz de travail pour abaisser leur température devant la turbine. Cela garantissait la sécurité des aubes de la turbine. La puissance de la turbine à plusieurs étages était consacrée à l'entraînement du compresseur centrifuge du moteur lui-même et en partie à la rotation de l'hélice. En plus de l'hélice, une poussée a été créée en raison de la réaction d'un flux de gaz traversant la tuyère arrière.

En 1939, la construction des turboréacteurs conçus par A. M. Lyulka débute à l'usine Kirov de Leningrad. Ses procès furent interrompus par la guerre.

En 1941, en Angleterre, le premier vol est effectué sur un avion de combat expérimental équipé d'un turboréacteur conçu par F. Whittle. Il était équipé d'un moteur à turbine à gaz, qui entraînait un compresseur centrifuge qui alimentait en air la chambre de combustion. Les produits de combustion ont été utilisés pour créer la poussée du jet.

Dans un turboréacteur, l'air entrant pendant le vol est comprimé d'abord dans l'entrée d'air puis dans le turbocompresseur. L'air comprimé est fourni à la chambre de combustion, où il est injecté carburant liquide(le plus souvent du kérosène d'aviation). L'expansion partielle des gaz formés lors de la combustion se produit dans la turbine faisant tourner le compresseur, et l'expansion finale se produit dans la tuyère du jet. Une postcombustion peut être installée entre la turbine et le moteur à réaction pour assurer une combustion supplémentaire du carburant.

Maintenant turboréacteurs la plupart des avions militaires et civils, ainsi que certains hélicoptères, en sont équipés.

Dans un turbopropulseur, la poussée principale est générée par l'hélice, et une poussée supplémentaire (environ 10 %) est générée par un flux de gaz s'écoulant de la tuyère du jet. Le principe de fonctionnement d'un turbopropulseur est similaire à celui d'un turboréacteur, à la différence que la turbine fait tourner non seulement le compresseur, mais aussi l'hélice. Ces moteurs sont utilisés dans les avions et hélicoptères subsoniques, ainsi que pour la propulsion des navires et des voitures à grande vitesse.

Les premiers moteurs à réaction à propergol solide ont été utilisés dans les missiles de combat. Leur utilisation généralisée a commencé au XIXe siècle, lorsque des unités de missiles sont apparues dans de nombreuses armées. Fin du 19ème siècle. Les premières poudres sans fumée ont été créées, avec une combustion plus stable et de meilleures performances.

Dans les années 1920-1930, des travaux ont été menés pour créer des armes à réaction. Cela a conduit à l'émergence de mortiers propulsés par fusée - Katyushas en Union soviétique, mortiers propulsés par fusée à six canons en Allemagne.

Le développement de nouveaux types de poudre à canon a permis d'utiliser des moteurs à réaction à combustible solide dans des missiles de combat, notamment balistiques. En outre, ils sont utilisés dans l'aviation et l'astronautique comme moteurs pour les premiers étages des lanceurs, comme moteurs de démarrage pour les avions équipés de statoréacteurs et comme moteurs de freinage pour les engins spatiaux.

Un moteur à réaction à combustible solide se compose d'un boîtier (chambre de combustion) qui contient toute l'alimentation en carburant et d'une buse à jet. Le corps est en acier ou en fibre de verre. Buse - en graphite, alliages réfractaires, graphite.

Le carburant est enflammé par un allumeur.

Le contrôle de la poussée est effectué en modifiant la surface de combustion de la charge ou la section transversale critique de la buse, ainsi qu'en injectant du liquide dans la chambre de combustion.

La direction de la poussée peut être modifiée par des gouvernails à gaz, un déflecteur (déflecteur), des moteurs de commande auxiliaires, etc.

Les moteurs à réaction à combustible solide sont très fiables, peuvent être stockés pendant une longue période et sont donc toujours prêts à démarrer.

Excellente définition

Définition incomplète ↓

Moteurs à réaction. Histoire des moteurs à réaction.

Moteurs à réaction.

Un moteur à réaction est un dispositif dont la conception permet d'obtenir la poussée du jet en convertissant l'énergie interne de l'alimentation en carburant en énergie cinétique du jet du fluide de travail.

Le fluide de travail de l'objet s'écoule du moteur à réaction à grande vitesse et, conformément à la loi de conservation de l'impulsion, une force réactive est générée, poussant le moteur dans la direction opposée. Pour accélérer le fluide moteur, il peut être utilisé comme détente de gaz chauffé d'une manière ou d'une autre pour haute température(moteurs à réaction thermiques) et d'autres principes physiques, par exemple l'accélération de particules chargées dans un champ électrostatique (moteur ionique).

Un moteur à réaction vous permet de créer une force de traction uniquement grâce à l'interaction du jet stream avec le fluide de travail, sans support ni contact avec d'autres corps. À cet égard, le moteur à réaction a trouvé de nombreuses applications dans l'aviation et l'astronautique.

Histoire des moteurs à réaction.

Les Chinois ont été les premiers à apprendre à utiliser la propulsion à réaction à combustible solide ; ils sont apparus en Chine au 10ème siècle après JC. e. De tels missiles ont été utilisés à l’Est puis en Europe pour des feux d’artifice, de signalisation et comme missiles de combat.

Fusées de la Chine ancienne.

Une étape importante dans le développement de l'idée de la propulsion à réaction a été l'idée d'utiliser une fusée comme moteur pour un avion. Il a été formulé pour la première fois par le révolutionnaire russe N. I. Kibalchich, qui, en mars 1881, peu avant son exécution, proposa un projet d'avion (avion-fusée) utilisant une propulsion à réaction à partir de gaz explosifs en poudre.

N. E. Joukovski, dans ses ouvrages « Sur la réaction des liquides sortants et entrants » (années 1880) et « Sur la théorie des navires entraînés par la force de réaction de l'eau sortante » (1908), a d'abord développé les questions fondamentales de la théorie d'un jet moteur.

Des travaux intéressants sur l'étude du vol des fusées appartiennent également au célèbre scientifique russe I.V. Meshchersky, notamment dans le domaine de la théorie générale du mouvement des corps de masse variable.

En 1903, K. E. Tsiolkovsky, dans son ouvrage « Exploration of World Spaces with Jet Instruments », a donné une justification théorique du vol d'une fusée, ainsi qu'un diagramme schématique d'un moteur de fusée, qui anticipait de nombreuses caractéristiques fondamentales et de conception. des moteurs de fusée modernes à propergol liquide (LPRE). Ainsi, Tsiolkovsky envisageait l'utilisation de carburant liquide pour un moteur à réaction et son alimentation au moteur à l'aide de pompes spéciales. Il a proposé de contrôler le vol de la fusée à l'aide de gouvernails à gaz - des plaques spéciales placées dans un flux de gaz s'échappant de la tuyère.

La particularité d'un moteur à réaction liquide est que, contrairement aux autres moteurs à réaction, il emporte avec lui la totalité de la réserve de comburant avec le carburant, et ne prélève pas dans l'atmosphère l'air contenant de l'oxygène nécessaire à la combustion du carburant. Il s'agit du seul moteur pouvant être utilisé pour des vols à très haute altitude en dehors de l'atmosphère terrestre.

La première fusée au monde équipée d'un moteur-fusée liquide a été créée et lancée le 16 mars 1926 par l'Américain R. Goddard. Il pesait environ 5 kilogrammes et sa longueur atteignait 3 m. Le carburant de la fusée Goddard était de l’essence et de l’oxygène liquide. Le vol de cette fusée a duré 2,5 secondes, durant lesquelles elle a parcouru 56 m.

Des travaux expérimentaux systématiques sur ces moteurs ont commencé dans les années 1930.

Les premiers moteurs-fusées soviétiques à propergol liquide ont été développés et créés en 1930-1931 au Laboratoire de dynamique des gaz de Leningrad (GDL) sous la direction du futur académicien V.P. Glushko. Cette série s'appelait ORM - moteur-fusée expérimental. Glushko a utilisé de nouvelles innovations, par exemple le refroidissement du moteur avec l'un des composants combustibles.

Parallèlement, le développement de moteurs-fusées a été réalisé à Moscou par le Jet Propulsion Research Group (GIRD). Son inspirateur idéologique était F.A. Tsander et son organisateur était le jeune S.P. Korolev. L'objectif de Korolev était de construire un nouveau véhicule-fusée - un avion-fusée.

En 1933, F.A. Zander a construit et testé avec succès le moteur-fusée OR1, fonctionnant à l'essence et à l'air comprimé, et en 1932-1933, le moteur OR2, fonctionnant à l'essence et à l'oxygène liquide. Ce moteur a été conçu pour être installé sur un planeur destiné à voler comme un avion-fusée.

Développant les travaux commencés, les ingénieurs soviétiques ont ensuite continué à travailler à la création de moteurs à réaction liquides. Au total, de 1932 à 1941, l'URSS a développé 118 modèles de moteurs à réaction liquides.

En Allemagne, en 1931, des essais de missiles par I. Winkler, Riedel et d'autres ont eu lieu.

Le premier vol d’un avion propulsé par fusée équipé d’un moteur à propergol liquide a eu lieu en Union soviétique en février 1940. Un moteur-fusée à propergol liquide a été utilisé comme centrale électrique de l'avion. En 1941, sous la direction du concepteur soviétique V.F. Bolkhovitinov, le premier avion de combat à réaction équipé d'un moteur à propergol liquide a été construit. Ses tests ont été réalisés en mai 1942 par le pilote G. Ya. Au même moment, le premier vol d'un chasseur allemand équipé d'un tel moteur a lieu.

En 1943, les États-Unis testèrent le premier avion à réaction américain propulsé par un moteur à réaction à propergol liquide. En Allemagne, en 1944, plusieurs avions de combat furent construits avec ces moteurs conçus par Messerschmitt.

De plus, des moteurs de fusée à liquide ont été utilisés sur les fusées allemandes V2, créées sous la direction de V. von Braun.

Dans les années 1950, des moteurs à propergol liquide ont été installés sur des missiles balistiques, puis sur des fusées spatiales, des satellites artificiels et des stations interplanétaires automatiques.

Le moteur-fusée à propergol liquide se compose d'une chambre de combustion avec une tuyère, d'une turbopompe, d'un générateur de gaz ou d'un générateur de vapeur-gaz, d'un système d'automatisation, d'éléments de commande, d'un système d'allumage et d'unités auxiliaires (échangeurs de chaleur, mélangeurs, entraînements).

L'idée des moteurs respiratoires (WRE) a été avancée plus d'une fois dans différents pays. Les travaux les plus importants et originaux à cet égard sont les études menées en 1908-1913 par le scientifique français Renault Laurent, qui a proposé un certain nombre de conceptions de statoréacteurs (statoréacteurs). Ces moteurs utilisent l'air atmosphérique comme comburant et la compression de l'air dans la chambre de combustion est assurée par la pression dynamique de l'air.

En mai 1939, une fusée à statoréacteur conçue par P. A. Merkulov fut testée pour la première fois en URSS. Il s'agissait d'une fusée à deux étages (le premier étage est une fusée à poudre) avec une masse au décollage de 7,07 kg, et le poids du carburant pour le deuxième étage du statoréacteur n'était que de 2 kg. Lors des tests, la fusée a atteint une altitude de 2 km.

En 1939-1940, pour la première fois au monde, l'Union soviétique a procédé à des essais d'été de moteurs respiratoires installés comme moteurs supplémentaires sur un avion conçu par N.P. Polikarpov. En 1942, des statoréacteurs conçus par E. Zenger sont testés en Allemagne.

Un moteur respiratoire se compose d'un diffuseur dans lequel l'air est comprimé en raison de l'énergie cinétique du flux d'air venant en sens inverse. Le carburant est injecté dans la chambre de combustion par une buse et le mélange s'enflamme. Le jet sort par la buse.

Le processus de fonctionnement des réacteurs est continu, ils n’ont donc pas de poussée de démarrage. À cet égard, à des vitesses de vol inférieures à la moitié de la vitesse du son, les moteurs respiratoires ne sont pas utilisés. L’utilisation la plus efficace des moteurs à réaction se fait à des vitesses supersoniques et à haute altitude. Un avion propulsé par un moteur à réaction décolle grâce à des moteurs-fusées fonctionnant au carburant solide ou liquide.

Un autre groupe de moteurs aérobies - les moteurs à turbocompresseur - a fait l'objet d'un développement plus important. Ils sont divisés en turboréacteurs, dans lesquels la poussée est créée par un flux de gaz s'écoulant de la tuyère du jet, et en turbopropulseurs, dans lesquels la poussée principale est créée par l'hélice.

En 1909, la conception d'un turboréacteur a été développée par l'ingénieur N. Gerasimov. En 1914, le lieutenant de la marine russe M.N. Nikolskoy a conçu et construit un modèle de moteur d'avion à turbopropulseur. Le fluide de travail pour entraîner la turbine à trois étages était constitué des produits de combustion gazeux d'un mélange de térébenthine et d'acide nitrique. La turbine ne fonctionnait pas uniquement sur l'hélice : les produits de combustion gazeux d'échappement dirigés vers la tuyère de queue (jet) créaient une poussée du jet en plus de la force de poussée de l'hélice.

En 1924, V.I. Bazarov a développé la conception d'un moteur à réaction à turbocompresseur d'aviation, composé de trois éléments : une chambre de combustion, une turbine à gaz et un compresseur. Le flux d'air comprimé ici était pour la première fois divisé en deux branches : la plus petite partie allait dans la chambre de combustion (vers le brûleur), et la plus grande partie était mélangée aux gaz de travail pour abaisser leur température devant la turbine. Cela garantissait la sécurité des aubes de la turbine. La puissance de la turbine à plusieurs étages était consacrée à l'entraînement du compresseur centrifuge du moteur lui-même et en partie à la rotation de l'hélice. En plus de l'hélice, une poussée a été créée en raison de la réaction d'un flux de gaz traversant la tuyère arrière.

En 1939, la construction des turboréacteurs conçus par A. M. Lyulka débute à l'usine Kirov de Leningrad. Ses procès furent interrompus par la guerre.

En 1941, en Angleterre, le premier vol est effectué sur un avion de combat expérimental équipé d'un turboréacteur conçu par F. Whittle. Il était équipé d'un moteur à turbine à gaz, qui entraînait un compresseur centrifuge qui alimentait en air la chambre de combustion. Les produits de combustion ont été utilisés pour créer la poussée du jet.

À la fin de la Seconde Guerre mondiale, il devint évident que développement efficace l'aviation n'est possible qu'avec l'introduction de moteurs utilisant en tout ou en partie les principes de la propulsion à réaction.

Les premiers avions équipés de moteurs à réaction ont été créés en Allemagne nazie, en Grande-Bretagne, aux États-Unis et en URSS.

En URSS, le premier projet de chasseur, doté d'un moteur à réaction développé par A. M. Lyulka, fut proposé en mars 1943 par le chef de l'OKB-301, M. I. Gudkov. L'avion s'appelait Gu-VRD. Le projet a été rejeté par les experts en raison de leur incrédulité quant à la pertinence et aux avantages du WFD par rapport aux moteurs d'avion à pistons.

Les concepteurs et scientifiques allemands travaillant dans ce domaine et dans des domaines connexes (science des fusées) se sont retrouvés dans une position plus avantageuse. Le Troisième Reich planifiait une guerre et espérait la gagner grâce à la supériorité technique des armes. Par conséquent, en Allemagne, les nouveaux développements susceptibles de renforcer l’armée dans le domaine de l’aviation et des fusées ont été subventionnés plus généreusement que dans d’autres pays.

Le premier avion équipé d'un turboréacteur HeS 3 conçu par von Ohain fut le He 178 (Heinkel Allemagne). Cela s'est produit le 27 août 1939. Cet avion dépassait les chasseurs à pistons de son époque en vitesse (700 km/h), vitesse maximum qui ne dépassait pas 650 km/h, mais était moins économique et, par conséquent, avait une autonomie plus courte. De plus, il avait des vitesses de décollage et d'atterrissage élevées par rapport aux avions à pistons, c'est pourquoi il nécessitait une piste plus longue avec une chaussée de haute qualité.

Les travaux sur ce sujet se sont poursuivis presque jusqu'à la fin de la guerre, lorsque le Troisième Reich, ayant perdu son ancien avantage dans les airs, a tenté en vain de le restaurer en fournissant des avions à réaction à l'aviation militaire.

Depuis août 1944, le chasseur-bombardier à réaction Messerschmitt Me.262, équipé de deux turboréacteurs Jumo-004 fabriqués par Junkers, commence à être produit en série. L'avion Messerschmitt Me.262 était nettement supérieur à tous ses « contemporains » en termes de vitesse et de taux de montée.

Depuis novembre 1944, le premier bombardier à réaction Arado Ar 234 Blitz doté des mêmes moteurs a commencé à être produit.

Le seul avion à réaction des alliés de la coalition anti-hitlérienne qui a officiellement participé à la Seconde Guerre mondiale était le Gloucester Meteor (Grande-Bretagne) équipé d'un turboréacteur Rolls-Royce Derwent 8 conçu par F. Whittle.

Après la guerre, un développement intensif dans le domaine des moteurs aérobies a commencé dans tous les pays dotés d'une industrie aéronautique. La construction de moteurs à réaction a ouvert de nouvelles opportunités dans l'aviation : vols à des vitesses supérieures à la vitesse du son et création d'avions avec une capacité de charge utile plusieurs fois supérieure à celle des avions à pistons, en raison de la densité de puissance plus élevée des moteurs à turbine à gaz. par rapport aux moteurs à pistons.

Le premier avion à réaction de production nationale fut le chasseur Yak-15 (1946), développé en un temps record sur la base de la cellule Yak-3 et d'une adaptation du moteur Jumo-004 capturé, réalisée au bureau de conception de moteurs de V. Ya .Klimov.

Et un an plus tard, le premier turboréacteur domestique TR-1, entièrement original, développé au bureau de conception A. M. Lyulka, a passé les tests d'État. Un rythme de développement aussi rapide d'un tout nouveau domaine de la construction de moteurs a une explication : le groupe d'A.M. Lyulka travaille sur cette question depuis l'avant-guerre, mais le « feu vert » pour ces développements n'a été donné que lorsque le pays a Les dirigeants ont soudainement découvert que l'URSS était à la traîne dans ce domaine.

Le premier avion de ligne à réaction national fut le Tu-104 (1955), équipé de deux turboréacteurs RD-3M-500 (AM-3M-500) développés au bureau de conception A. A. Mikulin. À cette époque, l’URSS figurait déjà parmi les leaders mondiaux dans le domaine de la construction de moteurs d’avions.

Le statoréacteur (statoréacteur), inventé en 1913, a également commencé à être activement amélioré. Depuis les années 1950, un certain nombre d’avions expérimentaux et de production ont été créés aux États-Unis. missiles de croisière à des fins diverses avec ce type de moteur.

Présentant un certain nombre d'inconvénients pour une utilisation sur des avions pilotés (poussée nulle à l'arrêt, faible rendement à faible vitesse de vol), le statoréacteur est devenu le type de statoréacteur préféré pour les projectiles jetables sans pilote et les missiles de croisière, en raison de sa simplicité, et, par conséquent , faible coût et fiabilité.

Dans un turboréacteur (TRE), l'air entrant pendant le vol est comprimé d'abord dans l'entrée d'air puis dans le turbocompresseur. De l'air comprimé est fourni à la chambre de combustion, dans laquelle du carburant liquide (le plus souvent du kérosène d'aviation) est injecté. L'expansion partielle des gaz formés lors de la combustion se produit dans la turbine faisant tourner le compresseur, et l'expansion finale se produit dans la tuyère du jet. Une postcombustion peut être installée entre la turbine et le moteur à réaction pour assurer une combustion supplémentaire du carburant.

Aujourd’hui, la plupart des avions militaires et civils, ainsi que certains hélicoptères, sont équipés de turboréacteurs (TRD).

Dans un turbopropulseur, la poussée principale est générée par l'hélice, et une poussée supplémentaire (environ 10 %) est générée par un flux de gaz s'écoulant de la tuyère du jet. Le principe de fonctionnement d'un turbopropulseur est similaire à celui d'un turboréacteur (TR), à la différence que la turbine fait tourner non seulement le compresseur, mais aussi l'hélice. Ces moteurs sont utilisés dans les avions et hélicoptères subsoniques, ainsi que pour la propulsion des navires et des voitures à grande vitesse.

Les premiers moteurs de fusée à poudre (SRM) ont été utilisés dans les missiles de combat. Leur utilisation généralisée a commencé au XIXe siècle, lorsque des unités de fusées sont apparues dans de nombreuses armées. À la fin du XIXe siècle, sont créées les premières poudres à canon sans fumée, avec une combustion plus stable et une plus grande efficacité.

Dans les années 1920-1930, des travaux ont été menés pour créer des armes à réaction. Cela a conduit à l'apparition de mortiers propulsés par fusée - Katyushas en Union soviétique, mortiers propulsés par fusée à six canons en Allemagne.

Le développement de nouveaux types de poudre à canon a permis d'utiliser des moteurs à réaction à combustible solide dans des missiles de combat, notamment balistiques. En outre, ils sont utilisés dans l'aviation et l'astronautique comme moteurs pour les premiers étages des lanceurs, comme moteurs de démarrage pour les avions équipés de statoréacteurs et comme moteurs de freinage pour les engins spatiaux.

Un moteur à réaction à combustible solide (SFRE) se compose d'un boîtier (chambre de combustion) qui contient l'intégralité de l'alimentation en carburant et d'une buse à jet. Le corps est en acier ou en fibre de verre. La buse est en graphite ou en alliages réfractaires. Le carburant est enflammé par un allumeur. La poussée peut être ajustée en modifiant la surface de combustion de la charge ou la zone de section critique de la buse, ainsi qu'en injectant du liquide dans la chambre de combustion. La direction de la poussée peut être modifiée par des gouvernails à gaz, un déflecteur (déflecteur), des moteurs de commande auxiliaires, etc.

Les moteurs à réaction à propergol solide sont très fiables et ne nécessitent pas entretien complexe, peuvent être stockés pendant une longue période et sont toujours prêts à être lancés.

Types de moteurs à réaction.

De nos jours, les moteurs à réaction sont les plus différents modèles sont assez largement utilisés.

Les moteurs à réaction peuvent être divisés en deux catégories: moteurs à réaction de fusée et moteurs respiratoires.

Moteur-fusée à propergol solide (SRM) - moteur-fusée combustible solide- un moteur fonctionnant au combustible solide est le plus souvent utilisé en artillerie de fusée et beaucoup moins souvent en astronautique. C'est le plus ancien des moteurs thermiques.

Le moteur-fusée liquide (LPRE) est un moteur-fusée chimique qui utilise des liquides comme carburant de fusée, notamment gaz liquéfiés. Le nombre de composants utilisés distingue les moteurs à ergol liquide à un, deux et trois composants.

Statoréacteur ;

Jet d'air pulsé ;

Turboréacteur;

Turbopropulseur.

Moteurs à réaction modernes.

La photographie montre un moteur à réaction d’avion pendant les essais.

La photo montre le processus d'assemblage des moteurs de fusée.

Moteurs à réaction. Histoire des moteurs à réaction. Types de moteurs à réaction.

Dans la science propulsion à réaction appeler le mouvement d'un corps qui se produit lorsqu'une partie de celui-ci en est séparée. Qu'est-ce que cela signifie?

Des exemples simples peuvent être donnés. Imaginez que vous êtes dans un bateau au milieu d'un lac. Le bateau est immobile. Mais maintenant, vous prenez une lourde pierre du fond du bateau et vous la jetez avec force à l'eau. Que va-t-il se passer alors ? Le bateau commencera à avancer lentement. Un autre exemple. Gonflons la balle en caoutchouc puis laissons l'air en sortir librement. La balle dégonflée volera dans la direction opposée à celle dans laquelle le courant d'air s'engouffrera. La force d'action est égale à la force de réaction. Vous avez lancé une pierre avec force, mais la même force a fait bouger le bateau dans la direction opposée.

Un moteur à réaction est construit sur cette loi de la physique. Le carburant est brûlé dans une chambre résistante à la chaleur. Le gaz chaud et en expansion formé lors de la combustion s'échappe violemment de la buse. Mais la même force pousse le moteur lui-même (ainsi que la fusée ou l’avion dans la direction opposée). Cette force est appelée poussée.

Le principe de la propulsion à réaction est connu de l'humanité depuis longtemps — de simples fusées étaient fabriquées par les anciens Chinois. Mais pour que les avions et les fusées modernes puissent prendre leur envol, les ingénieurs ont dû résoudre de nombreux problèmes techniques, et les moteurs à réaction d'aujourd'hui sont des appareils assez complexes.

Essayons de regarder à l'intérieur des moteurs à réaction utilisés dans l'aviation. Nous parlerons des moteurs de fusée spatiale une autre fois.

Donc aujourd'hui Les avions à réaction volent avec trois types de moteurs :

Turboréacteur;

Moteur turboréacteur à double flux ;

Turbopropulseur.

Comment sont-ils structurés et en quoi diffèrent-ils les uns des autres ? Commençons par le plus simple - turboréacteur . Le nom même de cet appareil nous indique le mot-clé - "turbine". Une turbine est un arbre autour duquel sont fixées des pales métalliques. "pétales" tourné en biais. Si un flux d'air (ou d'eau, par exemple) est dirigé vers la turbine le long de l'arbre, elle commencera à tourner. Si, au contraire, vous commencez à faire tourner l'arbre de la turbine, ses pales commenceront à entraîner un courant d'air ou d'eau le long de l'arbre.

La combustion est la combinaison d’un combustible avec de l’oxygène, un gaz peu abondant dans l’air ordinaire. Plus précisément, il suffit amplement que vous et moi le respirions. Mais Pour "respiration" chambres de combustion d'un moteur à réaction, l'oxygène est trop dissous dans l'air.

Que faut-il faire pour raviver un feu mourant ? Droite! Soufflez dessus ou agitez-le dessus, par exemple avec une feuille de contreplaqué. En pompant de l'air avec force, vous "alimentation" Les charbons ardents sont alimentés en oxygène et la flamme se rallume. La turbine d’un turboréacteur fait la même chose.

Au fur et à mesure que l'avion avance, un courant d'air pénètre dans le moteur. Ici, l'air rencontre les turbines du compresseur tournant à grande vitesse. Mot "compresseur" peut être traduit en russe par "compresseur". Les aubes de la turbine du compresseur compriment l'air environ 30 fois et "pousser" dans la chambre de combustion. Les gaz chauds produits lors de la combustion du carburant se précipitent plus loin vers la buse. Mais une autre turbine se met en travers de son chemin. En arrivant sur ses pales, un courant de gaz fait tourner son arbre. Mais les turbines des compresseurs sont fixées sur le même arbre. Cela s'avère si étrange "pousser tirer". Le compresseur pompe de l'air dans le moteur, le mélange d'air comprimé et de carburant brûle, libérant des gaz chauds, et le gaz fait tourner les turbines du compresseur avant d'atteindre la buse.

Se pose intérêt Demander— comment démarrer un tel moteur ? Après tout, jusqu'à ce que l'air comprimé pénètre dans la chambre de combustion, le carburant ne commencera pas à brûler. Cela signifie qu’il n’y aura pas de gaz chaud qui fera tourner la turbine du compresseur. Mais jusqu’à ce que la turbine du compresseur tourne, il n’y aura pas d’air comprimé.

Il s'avère que, le moteur démarre à l'aide d'un moteur électrique, qui est relié à l'arbre de la turbine. Le moteur électrique fait tourner le compresseur, et dès que la pression d'air requise apparaît dans la chambre de combustion, du carburant y pénètre et l'allumage se déclenche. Le moteur à réaction a démarré !

La conception d'un turboréacteur.

Les turboréacteurs sont différents haute puissance et pèse relativement peu. Par conséquent, ils sont généralement installés sur des avions militaires supersoniques, ainsi que sur des avions de ligne supersoniques. Mais ces moteurs ont aussi de sérieuses lacunes- Ils font beaucoup de bruit et consomment trop de carburant.

Par conséquent, sur les avions volant à des vitesses subsoniques (inférieures à 1 200 kilomètres par heure), ce qu'on appelle ceux-ci sont installés.

La conception d'un turboréacteur à double flux.

Sont différents Ils diffèrent d'un turboréacteur en ce sens qu'avant le compresseur, une autre turbine à grandes pales est fixée à l'arbre - un ventilateur. C'est elle qui est la première à rencontrer le flux d'air venant en sens inverse et à le repousser avec force. Une partie de cet air, comme dans un turboréacteur, pénètre dans le compresseur puis dans la chambre de combustion, et l'autre partie "coule autour" caméra et est également rejeté en arrière, créant une poussée supplémentaire. Plus précisément, pour turboréacteur à double flux la poussée du jet principal (environ 3/4) est créée précisément par ce même flux d'air entraîné par le ventilateur. Et seulement 1/4 de la poussée provient des gaz chauds s'échappant de la tuyère.

Un tel moteur fait beaucoup moins de bruit et consomme beaucoup moins de carburant, ce qui est très important pour les avions utilisés pour transporter des passagers.

La conception d'un turbopropulseur.

La rotation de l'arbre de la turbine est transmise à l'hélice - une hélice qui pousse l'avion vers l'avant. Une hélice dotée d’énormes pales ne peut pas tourner à la même vitesse vertigineuse qu’un arbre de turbine. L’hélice est donc reliée à l’arbre par une boîte de vitesses qui réduit la vitesse de rotation. Et bien que le turbopropulseur "mange" faible consommation de carburant, ce qui signifie que le coût du vol est moins cher, il ne peut pas accélérer l'avion à grande vitesse. Par conséquent, ces moteurs sont aujourd’hui principalement utilisés dans l’aviation de transport et sur les petits avions de passagers effectuant des vols locaux.

Pour l'expérience, vous aurez besoin de :

1. fil plus solide ;

2. paille large pour cocktail ;

3. ballon forme oblongue;

4. un rouleau de ruban adhésif ;

5. pince à linge.

Tirez sur le fil (peut être en biais), en l'enfilant d'abord dans la paille. Gonflez le ballon, et pour éviter qu'il ne se dégonfle, pincez-le avec une pince à linge comme indiqué sur l'image de gauche. Collez maintenant la balle sur la paille avec du ruban adhésif. Le moteur à réaction est prêt !

À vos marques! Desserrez la pince à linge. Un courant d'air s'échappera de la balle et elle-même, avec la paille, glissera vers l'avant le long du fil.

©Lors de l'utilisation partielle ou totale de cet article - un lien hypertexte actif vers le site est OBLIGATOIRE

Un moteur à réaction est un moteur qui crée la force de traction nécessaire au mouvement en convertissant l'énergie interne du carburant en énergie cinétique du jet du fluide de travail.

Le fluide de travail s'écoule du moteur à grande vitesse et, conformément à la loi de conservation de l'impulsion, une force réactive est générée, poussant le moteur dans la direction opposée. Pour accélérer le fluide de travail, à la fois la dilatation d'un gaz chauffé d'une manière ou d'une autre à haute température (les moteurs à réaction thermique) et d'autres principes physiques, par exemple l'accélération de particules chargées dans un champ électrostatique (voir moteur ionique) peut être utilisé.

Un moteur à réaction combine le moteur lui-même avec un dispositif de propulsion, c'est-à-dire qu'il crée une force de traction uniquement par interaction avec le fluide de travail, sans support ni contact avec d'autres corps. Pour cette raison, il est le plus souvent utilisé pour propulser des avions, des fusées et des engins spatiaux.

Dans un moteur à réaction, la poussée nécessaire à la propulsion est créée en convertissant l'énergie initiale en énergie cinétique du fluide de travail. À la suite de la sortie du fluide de travail de la tuyère du moteur, une force réactive est générée sous forme de recul (jet). Le recul déplace le moteur et l'appareil qui lui est structurellement connecté dans l'espace. Le mouvement s'effectue dans le sens opposé à l'écoulement du jet. Différents types d'énergie peuvent être convertis en énergie cinétique d'un courant-jet : chimique, nucléaire, électrique, solaire. Un moteur à réaction assure sa propre propulsion sans la participation de mécanismes intermédiaires.

Pour créer une poussée de jet, vous avez besoin d'une source d'énergie initiale, qui est convertie en énergie cinétique du jet stream, d'un fluide de travail éjecté du moteur sous la forme d'un jet stream, et du moteur à réaction lui-même, qui convertit le premier type d’énergie dans la seconde.

La partie principale d'un moteur à réaction est la chambre de combustion, dans laquelle le fluide de travail est créé.

Tous les réacteurs sont divisés en deux classes principales, selon qu'ils fonctionnent ou non en utilisant l'environnement.

La première classe est celle des moteurs respiratoires (WRE). Tous sont thermiques, dans lesquels le fluide de travail se forme lors de la réaction d'oxydation d'une substance inflammable avec l'oxygène de l'air ambiant. La majeure partie du fluide de travail est de l’air atmosphérique.

Dans un moteur-fusée, tous les composants du fluide de travail sont situés à bord de l'appareil qui en est équipé.

Il existe également des moteurs combinés combinant les deux types ci-dessus.

La propulsion à réaction a été utilisée pour la première fois dans le Heron's Ball, un prototype de turbine à vapeur. Les moteurs à réaction à combustible solide sont apparus en Chine au Xe siècle. n. e. De tels missiles ont été utilisés à l’Est, puis en Europe pour des feux d’artifice, de signalisation, puis comme missiles de combat.

Une étape importante dans le développement de l'idée de la propulsion à réaction a été l'idée d'utiliser une fusée comme moteur pour un avion. Il a été formulé pour la première fois par le révolutionnaire russe N.I. Kibalchich, qui, en mars 1881, peu avant son exécution, proposa un projet d'avion (avion-fusée) utilisant une propulsion à réaction à partir de gaz explosifs en poudre.

N. E. Joukovski, dans ses ouvrages « Sur la réaction des liquides sortants et entrants » (années 1880) et « Sur la théorie des navires entraînés par la force de réaction de l'eau sortante » (1908), a d'abord développé les questions fondamentales de la théorie d'un jet moteur.

Des travaux intéressants sur l'étude du vol des fusées appartiennent également au célèbre scientifique russe I.V. Meshchersky, notamment dans le domaine de la théorie générale du mouvement des corps de masse variable.

En 1903, K. E. Tsiolkovsky, dans son ouvrage « Exploration of World Spaces with Jet Instruments », a donné une justification théorique du vol d'une fusée, ainsi qu'un diagramme schématique d'un moteur de fusée, qui anticipait de nombreuses caractéristiques fondamentales et de conception. des moteurs de fusée modernes à propergol liquide (LPRE). Ainsi, Tsiolkovsky envisageait l'utilisation de carburant liquide pour un moteur à réaction et son alimentation au moteur à l'aide de pompes spéciales. Il a proposé de contrôler le vol de la fusée à l'aide de gouvernails à gaz - des plaques spéciales placées dans un flux de gaz s'échappant de la tuyère.

La particularité d'un moteur à réaction liquide est que, contrairement aux autres moteurs à réaction, il emporte avec lui la totalité de la réserve de comburant avec le carburant, et ne prélève pas dans l'atmosphère l'air contenant de l'oxygène nécessaire à la combustion du carburant. Il s'agit du seul moteur pouvant être utilisé pour des vols à très haute altitude en dehors de l'atmosphère terrestre.

La première fusée au monde équipée d'un moteur-fusée liquide a été créée et lancée le 16 mars 1926 par l'Américain R. Goddard. Il pesait environ 5 kilogrammes et sa longueur atteignait 3 m. Le carburant de la fusée Goddard était de l’essence et de l’oxygène liquide. Le vol de cette fusée a duré 2,5 secondes, durant lesquelles elle a parcouru 56 m.

Des travaux expérimentaux systématiques sur ces moteurs ont commencé dans les années 30 du 20e siècle.

Les premiers moteurs-fusées soviétiques à propergol liquide ont été développés et créés en 1930-1931. au Laboratoire de dynamique des gaz de Leningrad (GDL) sous la direction du futur académicien V. P. Glushko. Cette série s'appelait ORM - moteur-fusée expérimental. Glushko a utilisé de nouvelles innovations, par exemple le refroidissement du moteur avec l'un des composants combustibles.

Parallèlement, le développement de moteurs-fusées a été réalisé à Moscou par le Jet Propulsion Research Group (GIRD). Son inspirateur idéologique était F.A. Tsander et son organisateur était le jeune S.P. Korolev. L'objectif de Korolev était de construire un nouveau véhicule-fusée - un avion-fusée.

En 1933, F.A. Zander a construit et testé avec succès le moteur-fusée OR1, fonctionnant à l'essence et à l'air comprimé, et en 1932-1933. – Moteur OR2, fonctionnant à l’essence et à l’oxygène liquide. Ce moteur a été conçu pour être installé sur un planeur destiné à voler comme un avion-fusée.

En 1933, la première fusée soviétique à combustible liquide a été créée et testée au GIRD.

Développant les travaux commencés, les ingénieurs soviétiques ont ensuite continué à travailler à la création de moteurs à réaction liquides. Au total, de 1932 à 1941, l'URSS a développé 118 modèles de moteurs à réaction liquides.

En Allemagne, en 1931, des essais de missiles par I. Winkler, Riedel et d'autres ont eu lieu.

Le premier vol d'un avion-fusée équipé d'un moteur à propergol liquide a eu lieu en Union soviétique en février 1940. Un moteur-fusée à propergol liquide a été utilisé comme centrale électrique de l'avion. En 1941, sous la direction du concepteur soviétique V.F. Bolkhovitinov, le premier avion à réaction fut construit - un chasseur équipé d'un moteur-fusée à propergol liquide. Ses tests ont été réalisés en mai 1942 par le pilote G. Ya.

Au même moment, le premier vol d'un chasseur allemand équipé d'un tel moteur a lieu. En 1943, les États-Unis testèrent le premier avion à réaction américain équipé d'un moteur à réaction à propergol liquide. En Allemagne, plusieurs chasseurs équipés de ces moteurs conçus par Messerschmitt ont été construits en 1944 et utilisés au combat sur le front occidental la même année.

De plus, des moteurs de fusée à liquide ont été utilisés sur les fusées allemandes V2, créées sous la direction de V. von Braun.

Dans les années 1950, des moteurs à propergol liquide ont été installés sur des missiles balistiques, puis sur des satellites artificiels de la Terre, du Soleil, de la Lune et de Mars, ainsi que sur des stations interplanétaires automatiques.

Le moteur-fusée à propergol liquide se compose d'une chambre de combustion avec une tuyère, d'une turbopompe, d'un générateur de gaz ou d'un générateur de vapeur-gaz, d'un système d'automatisation, d'éléments de commande, d'un système d'allumage et d'unités auxiliaires (échangeurs de chaleur, mélangeurs, entraînements).

L'idée de moteurs respiratoires a été avancée plus d'une fois dans différents pays. Les travaux les plus importants et les plus originaux à cet égard sont les études réalisées entre 1908 et 1913. Le scientifique français R. Lauren, qui a notamment proposé en 1911 un certain nombre de modèles de statoréacteurs. Ces moteurs utilisent l'air atmosphérique comme comburant et la compression de l'air dans la chambre de combustion est assurée par la pression dynamique de l'air.

En mai 1939, une fusée équipée d'un statoréacteur conçue par P. A. Merkulov fut testée pour la première fois en URSS. Il s'agissait d'une fusée à deux étages (le premier étage est une fusée à poudre) avec une masse au décollage de 7,07 kg, et le poids du carburant pour le deuxième étage du statoréacteur n'était que de 2 kg. Lors des tests, la fusée a atteint une altitude de 2 km.

En 1939-1940 Pour la première fois au monde, des tests estivaux de moteurs respiratoires installés comme moteurs supplémentaires sur un avion conçu par N.P. Polikarpov ont été réalisés en Union soviétique. En 1942, des statoréacteurs conçus par E. Zenger sont testés en Allemagne.

Un moteur respiratoire se compose d'un diffuseur dans lequel l'air est comprimé en raison de l'énergie cinétique du flux d'air venant en sens inverse. Le carburant est injecté dans la chambre de combustion par une buse et le mélange s'enflamme. Le jet sort par la buse.

Le processus de fonctionnement des réacteurs est continu, ils n’ont donc pas de poussée de démarrage. À cet égard, à des vitesses de vol inférieures à la moitié de la vitesse du son, les moteurs respiratoires ne sont pas utilisés. L’utilisation la plus efficace des moteurs à réaction se fait à des vitesses supersoniques et à haute altitude. Un avion propulsé par un moteur à réaction décolle grâce à des moteurs-fusées fonctionnant au carburant solide ou liquide.

Un autre groupe de moteurs aérobies – les moteurs à turbocompresseur – a connu un développement plus important. Ils sont divisés en turboréacteurs, dans lesquels la poussée est créée par un flux de gaz s'écoulant de la tuyère du jet, et en turbopropulseurs, dans lesquels la poussée principale est créée par l'hélice.

En 1909, la conception d'un turboréacteur a été développée par l'ingénieur N. Gerasimov. En 1914, le lieutenant de la marine russe M.N. Nikolskoy a conçu et construit un modèle de moteur d'avion à turbopropulseur. Le fluide de travail pour entraîner la turbine à trois étages était constitué des produits de combustion gazeux d'un mélange de térébenthine et d'acide nitrique. La turbine ne fonctionnait pas uniquement sur l'hélice : les produits de combustion gazeux d'échappement dirigés vers la tuyère de queue (jet) créaient une poussée du jet en plus de la force de poussée de l'hélice.

En 1924, V.I. Bazarov a développé la conception d'un moteur à réaction à turbocompresseur d'aviation, composé de trois éléments : une chambre de combustion, une turbine à gaz et un compresseur. Le flux d'air comprimé ici était pour la première fois divisé en deux branches : la plus petite partie allait dans la chambre de combustion (vers le brûleur), et la plus grande partie était mélangée aux gaz de travail pour abaisser leur température devant la turbine. Cela garantissait la sécurité des aubes de la turbine. La puissance de la turbine à plusieurs étages était consacrée à l'entraînement du compresseur centrifuge du moteur lui-même et en partie à la rotation de l'hélice. En plus de l'hélice, une poussée a été créée en raison de la réaction d'un flux de gaz traversant la tuyère arrière.

En 1939, la construction des turboréacteurs conçus par A. M. Lyulka débute à l'usine Kirov de Leningrad. Ses procès furent interrompus par la guerre.

En 1941, en Angleterre, le premier vol est effectué sur un avion de combat expérimental équipé d'un turboréacteur conçu par F. Whittle. Il était équipé d'un moteur à turbine à gaz, qui entraînait un compresseur centrifuge qui alimentait en air la chambre de combustion. Les produits de combustion ont été utilisés pour créer la poussée du jet.

Gloster de Whittle (E.28/39)

Dans un turboréacteur, l'air entrant pendant le vol est comprimé d'abord dans l'entrée d'air puis dans le turbocompresseur. De l'air comprimé est fourni à la chambre de combustion, dans laquelle du carburant liquide (le plus souvent du kérosène d'aviation) est injecté. L'expansion partielle des gaz formés lors de la combustion se produit dans la turbine faisant tourner le compresseur, et l'expansion finale se produit dans la tuyère du jet. Une postcombustion peut être installée entre la turbine et le moteur à réaction pour assurer une combustion supplémentaire du carburant.

De nos jours, la plupart des avions militaires et civils, ainsi que certains hélicoptères, sont équipés de turboréacteurs.

Dans un turbopropulseur, la poussée principale est générée par l'hélice, et une poussée supplémentaire (environ 10 %) est générée par un flux de gaz s'écoulant de la tuyère du jet. Le principe de fonctionnement d'un turbopropulseur est similaire à celui d'un turboréacteur, à la différence que la turbine fait tourner non seulement le compresseur, mais aussi l'hélice. Ces moteurs sont utilisés dans les avions et hélicoptères subsoniques, ainsi que pour la propulsion des navires et des voitures à grande vitesse.

Les premiers moteurs à réaction à propergol solide ont été utilisés dans les missiles de combat. Leur utilisation généralisée a commencé au XIXe siècle, lorsque des unités de missiles sont apparues dans de nombreuses armées. Fin du 19ème siècle. Les premières poudres sans fumée ont été créées, avec une combustion plus stable et de meilleures performances.

Dans les années 1920 et 1930, des travaux ont été menés pour créer des armes à réaction. Cela a conduit à l'émergence de mortiers propulsés par fusée - Katyushas en Union soviétique, mortiers propulsés par fusée à six canons en Allemagne.

Le développement de nouveaux types de poudre à canon a permis d'utiliser des moteurs à réaction à combustible solide dans des missiles de combat, notamment balistiques. En outre, ils sont utilisés dans l'aviation et l'astronautique comme moteurs pour les premiers étages des lanceurs de fusées, comme moteurs de démarrage pour les avions équipés de statoréacteurs et comme moteurs de freinage pour les engins spatiaux.

Un moteur à réaction à combustible solide se compose d'un boîtier (chambre de combustion) qui contient toute l'alimentation en carburant et d'une buse à jet. Le corps est en acier ou en fibre de verre. Buse - en graphite, alliages réfractaires, graphite.

Le carburant est enflammé par un allumeur.

Le contrôle de la poussée est effectué en modifiant la surface de combustion de la charge ou la section transversale critique de la buse, ainsi qu'en injectant du liquide dans la chambre de combustion.

La direction de la poussée peut être modifiée par des gouvernails à gaz, un déflecteur (déflecteur), des moteurs de commande auxiliaires, etc.

Les moteurs à réaction à combustible solide sont très fiables, peuvent être stockés pendant une longue période et sont donc toujours prêts à démarrer.